Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Вы скорее всего замечали, что воздушные шарики, надутые ртом, сморщиваются за ночь, а наполненные насосом вполне держатся несколько дней. В чём причина?
Хм, именно в таких моментах и начинает проявляться интересная физика. Наблюдательность и понимание того, что якобы одинаковые объекты на самом деле совсем разные — это основа для изучения мира. Потому такие вот наивные знания про шарик, которые многим покажутся очевидными, а многим — ненужными, на самом деле могут пробудить в вашем ребенке (да и в вас, если вы вдруг пока о таком никогда не думали) интерес к физике. Ну и ближе к теме…
Воздух, набираемый ручным насосом, и выдыхаемый человеком воздух — это не одно и то же. Ручной насос набирает воздух комнатной температуры, состоящий примерно из 78% азота, 21% кислорода, незначительного количества углекислого газа и переменной, но обычно низкой влажности. Однако выдыхаемый воздух кардинально отличается. Он содержит примерно такое же количество азота, но содержание кислорода падает до 15%, углекислого газа подскакивает до 4-5%, влажность достигает почти 100%, а воздух нагревается до температуры человеческого тела.
Эти различия запускают три различных механизма, которые приводят к тому, что воздушные шарики, надутые ртом, сдуваются гораздо быстрее.
Падение температуры (закон Шарля)
Когда воздух выдыхается в воздушный шар, он поступает при температуре, соответствующей температуре человеческого тела, примерно 36-37°C. После завязывания шар находится в обычной комнате, где температура окружающей среды может составлять 20°C. Согласно закону Шарля, газы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. По мере того, как теплый воздух остывает до температуры в помещении, газ внутри шара сжимается. Эта мгновенная потеря объема делает шар заметно мягче в течение первых нескольких часов, даже до того, как газ фактически выйдет через латекс.
Конденсация влаги
Выдыхаемый воздух сильно насыщен водяным паром. Когда этот теплый, влажный воздух охлаждается внутри воздушного шарика, значительная часть этого невидимого газа конденсируется в мельчайшие капельки жидкой воды на внутренней поверхности латекса. Поскольку жидкая вода занимает значительно меньше физического пространства, чем водяной пар, этот фазовый переход из газа в жидкость полностью удаляет часть объема газа. Внезапная потеря внутреннего газового давления приводит к тому, что латекс приобретает морщинистый вид.
Проницаемость углекислого газа
Латексный воздушный шар может выглядеть совершенно непроницаемым, но на микроскопическом уровне он представляет собой пористую сетку из полимерных цепей. Молекулы газа просачиваются через эти микроскопические зазоры и выходят в помещение — этот процесс известен как проницаемость. Однако разные газы проникают через латекс с совершенно разной скоростью. Поскольку углекислый газ хорошо растворяется в резиновой матрице, он проходит через латексную резину примерно в пять-шесть раз быстрее, чем кислород, и почти в двадцать раз быстрее, чем азот.
Поскольку в выдыхаемом воздухе содержится более чем в 100 раз больше углекислого газа, чем в окружающем воздухе (около 4% против 0,04%), гораздо большая часть газа внутри надутого ртом воздушного шарика склонна к утечке. Углекислый газ быстро проникает сквозь стенки шарика в окружающее помещение, ускоряя процесс сдувания.
Из-за охлаждения, конденсации водяного пара и быстрого выхода углекислого газа выдыхаемый воздух крайне нестабилен в качестве наполнителя. Простой ручной насос устраняет все три фактора, обеспечивая сохранение упругости, сухости и полного надувания воздушных шаров на гораздо более длительный срок. Так что следующий раз используйте насос и шарик провисит подольше.
Поделись видео: